【摘要】：車輛在行進(jìn)過程中,地面的激勵形式和起伏狀態(tài)對其行駛平順性有著非常大的影響。懸架作為車輛底盤的重要組成部分,能在一定程度上緩和不平路面對于車身的沖擊,如何通過傳感器感知車輛前方的地形及障礙物信息進(jìn)而控制主動懸架系統(tǒng),從而提高車輛的行駛平順性正逐漸受到越來越多科研人員的關(guān)注。本文結(jié)合國家重點研發(fā)計劃課題“高機(jī)動應(yīng)急救援車輛(含消防車輛)專用底盤及懸架關(guān)鍵技術(shù)研究”(項目編號:2016YFC0802902),圍繞車前地形掃描感知系統(tǒng)完成了車前地形的數(shù)據(jù)采集和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理工作,最后生成了車輛前方的地形高程圖。論文主要完成的工作如下:首先,設(shè)計并搭建了基于多激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。介紹了車前地形掃描感知系統(tǒng)的硬件組成(激光雷達(dá)、INS以及GPS)及其工作原理,分析了系統(tǒng)平臺的各項誤差;著重介紹了多激光雷達(dá)的安裝位置和安裝方式;論證了多激光雷達(dá)安裝的必要性并對多激光雷達(dá)進(jìn)行了聯(lián)合標(biāo)定。其次,對激光雷達(dá)常用的點云數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行總結(jié)與概括。著重介紹點云濾波和配準(zhǔn)技術(shù)對于車前地形復(fù)現(xiàn)的重要性和必要性;詳述激光雷達(dá)點云濾波和配準(zhǔn)的相關(guān)算法及精度評定方法;通過分析對比各種濾波算法和配準(zhǔn)算法的適用性及優(yōu)缺點,篩選適合本項目的濾波和配準(zhǔn)算法。再次,用改進(jìn)的線性預(yù)測濾波算法提高濾波效果�？紤]到傳統(tǒng)的線性預(yù)測濾波算法對不同的地形適應(yīng)性較好,對比其他算法優(yōu)勢明顯,但也存在噪聲點對后期地形趨勢面擬合影響大的缺點。我們對該濾波算法進(jìn)行改進(jìn),通過噪聲點剔除和數(shù)據(jù)格網(wǎng)化分塊處理提高精度,通過迭代終止條件判斷提高效率;并通過對比試驗驗證改進(jìn)的線性預(yù)測濾波算法的優(yōu)越性。最后,采用優(yōu)化的ICP配準(zhǔn)算法完成了車輛前方障礙物及地形的精確配準(zhǔn),通過對車前地形點云數(shù)據(jù)的曲面擬合完成了車前地形高程的曲面重建。由于ICP算法在配準(zhǔn)過程中極易造成局部最優(yōu)導(dǎo)致配準(zhǔn)失敗,當(dāng)今對于點云配準(zhǔn)的效率和精度要求越來越高,傳統(tǒng)的ICP算法很難達(dá)到要求。本文引入主成分分析法提高配準(zhǔn)精度,利用kd-tree結(jié)構(gòu)與方向向量閾值實現(xiàn)三維點云精確配準(zhǔn)。最后通過試驗驗證該優(yōu)化算法的有效性,并最終通過調(diào)用PCL庫中的曲面擬合算法生成了車前地形的三維高程圖。
【圖文】：

第 1 章 緒論算法會導(dǎo)致目標(biāo)特征產(chǎn)生彎曲；Vosselman[18]教授提基于坡度變化的濾波算法；Clarenz[19]基于各向異性的點云數(shù)據(jù)濾波算法；Axelsson[20]教授的基于不規(guī)則三角網(wǎng)（TIN）的濾波算法；Kraus[21]的迭代最近點線性預(yù)測濾波算法等。隨著激光雷達(dá)的普及以及濾波技術(shù)在國內(nèi)的推廣，，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者提出了新的濾波算法，并對國外的濾波算法進(jìn)行了有效的升級和改進(jìn)并取得了較好的濾波效果。相對突出的學(xué)者有：張小紅的基于移動曲面擬合濾波算法[22]；孫正林改進(jìn)了 Mean-Shift 濾波算法等[23]。

1.3.2 點云配準(zhǔn)算法車載激光雷達(dá)在車前地形掃描的過程中，由于車輛自身的移動、轉(zhuǎn)向和凹路面的影響，激光雷達(dá)在掃描車前地形以及車前障礙物時，會出現(xiàn)不同視角采的情況，由于我們受使用的硬件水平限制，常規(guī)的數(shù)據(jù)采集很難保證得到密集點云數(shù)據(jù)，稀疏點云不利于后期精準(zhǔn)的三維地形及車前障礙物重建。所以我們要配準(zhǔn)來整合不同視角下的點云數(shù)據(jù)，并將其統(tǒng)一到相同的坐標(biāo)系下，進(jìn)而得車前地形及障礙物完整且密集的點云數(shù)據(jù)，為下一步的曲面重建打好基礎(chǔ)。我只有得到準(zhǔn)確且密集的點云數(shù)據(jù)，才能提高地形重建的精度，才能保證車輛主預(yù)瞄懸架系統(tǒng)所接收到的是真實的車前地形高程信息，主動懸架控制器才能根地形高程去調(diào)節(jié)作動缸伸縮，進(jìn)而保證車輛的行駛平順性。圖 1.5 表示配準(zhǔn)前效果對比圖。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN958.98;U463.67

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